SE535475C2

SE535475C2 - Method and system for controlling a power source at a rock drilling device and rock drilling device

Info

Publication number: SE535475C2
Application number: SE1000871A
Authority: SE
Inventors: Erik Alden; Anders Nydahl
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-08-21
Also published as: EP2609288C0; CN103080474A; AU2011293946B2; CN103080474B; US9347305B2; SE1000871A1; WO2012026873A1; AU2011293946A1; EP2609288B1; EP2609288A4; US20130161095A1; EP2609288A1

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för styrningav en kraftkälla (9) vid en bergborrningsanordning, varvidnämnda kraftkälla (9) är anordnad för drivning av åtminstoneen första vid bergborrningsanordningen anordnad last (8, 10,15), varvid nämnda första last (8, 10, 15), i drift, avgerkraft till en första förbrukare (11, 21), och varvid den avnämnda första last (8, 10, 15) avgivbara kraften beror avkraftkällans (9) varvtal. Metoden innefattar att med hjälp aven representation (31) av nämnda första förbrukare (11, 21)bestämma ett kraftbehov för nämnda första förbrukare (11, 21)och baserat på nämnda bestämda kraftbehov, bestämma ett varv-talsbehov för nämnda första last (8, 10, 15). Varvtalet förnämnda kraftkälla (9) styrs sedan åtminstone baserat på nämndabestämda varvtalsbehov för nämnda första last (8, 10, 15).Uppfinningen hänför sig även till ett system och en bergborr- ningsanordning. Fig. 3 The present invention relates to a method for controlling a power source (9) at a rock drilling device, said power source (9) being arranged for driving at least the first load (8, 10, 15) arranged at the rock drilling device, said first load (8, 10 , 15), in operation, outputs power to a first consumer (11, 21), and wherein the said load load of said first load (8, 10, 15) depends on the speed of the power source (9). The method comprises determining by means of representation (31) of said first consumer (11, 21) a power requirement for said first consumer (11, 21) and based on said determined power requirement, determining a speed requirement for said first load (8, 21). 10, 15). The speed of said power source (9) is then controlled at least based on said determined speed requirements for said first load (8, 10, 15). The invention also relates to a system and a rock drilling device. Fig. 3

Description

25 30 535 475 Bergborrningsanordningen innefattar vidare vanligtvis en kraftkälla, såsom t.ex. en förbränningsmotor (t.ex. en diesel- motor) eller en elmotor, vilken används för att alstra erford- rad kraft till bergborrningsanordningens olika funktioner. Den av bergborrningsanordningens olika funktioner erfordrade kraf- ten kan vara att tillhandahållas av i huvudsak en kraftkälla, såsom en förbränningsmotor eller elmotor, varvid kraftkällan utgör en huvudkraftkälla. The rock drilling device further usually comprises a power source, such as e.g. an internal combustion engine (eg a diesel engine) or an electric motor, which is used to generate the required power for the various functions of the rock drilling device. The power required by the various functions of the rock drilling device may be to be provided by substantially a power source, such as an internal combustion engine or electric motor, the power source being a main power source.

Slagkraft, rotationskraft, matningskraft, etc. alstras van- ligtvis med hjälp av hydraulflöden frán hydraulpumpar, vilka belastar och således drivs av kraftkällan. Kraftkällan kan även driva kylfläktar, liksom andra förbrukare/laster, såsom organ för framdrivning av bergborrningsanordningen_ Kraftkäl- lans laster är ofta direkt kopplade till, och därmed drivna av, kraftkällans utgående axel, dvs. den av lasten till las- tens förbrukare avgivbara effekten är beroende av kraftkällans varvtal.Impact force, rotational force, feed force, etc. are usually generated by means of hydraulic flows from hydraulic pumps, which load and are thus driven by the power source. The power source can also drive cooling fans, as well as other consumers / loads, such as means for propelling the rock drilling device. the power emitted by the load to the consumer of the load depends on the speed of the power source.

Bergborrningsanordningar innefattar vanligtvis även organ för att generera spolningstryck/-flöde för evakuering av de vid borrningen bildade borresterna, det s.k. borrkaxet.Rock drilling devices usually also comprise means for generating flushing pressure / flow for evacuating the drilling residues formed during drilling, the so-called drill cuttings.

Detta utförs vanligtvis med hjälp av ett spolningsmedium, så- som t.ex. komprimerad luft, spolluft, som leds genom en kanal i borrsträngen för utsläpp genom spollufthàl i borrkronan för att därefter ta med sig borrningsresterna på sin väg upp ur hålet. Spolningsmediumtryck/-flöde kan genereras med hjälp av en kompressor som även denna drivs av kraftkällans utgående axel. Således är även den av kompressorn avgivbara effekten direkt beroende av kraftkällans varvtal.This is usually done with the aid of a rinsing medium, such as e.g. compressed air, purge air, which is led through a duct in the drill string for discharge through purge air in the drill bit to then take the drilling residues with them on their way out of the hole. Flushing medium pressure / flow can be generated by means of a compressor which is also driven by the output shaft of the power source. Thus, the power emitted by the compressor is also directly dependent on the speed of the power source.

Enligt känd teknik styrs kraftkällans varvtal, i den mån varv- talet styrs överhuvudtaget, efter ett fåtal inparametrar.According to known technology, the speed of the power source is controlled, insofar as the speed is controlled at all, according to a few input parameters.

T.ex. kan motorvarvtalet styras baserat på vald driftmod, sà- som t.ex. driftmoderna förflyttning, borrning eller borrstàng- 10 15 20 25 30 535 475 hantering. I vissa fall kan även operatören gå in och manuellt ställa in kraftkällans varvtal för olika driftmoder under drift.For example. the engine speed can be controlled based on the selected operating mode, such as e.g. operating modern movement, drilling or drill rod handling 10 15 20 25 30 535 475. In some cases, the operator can also go in and manually set the power source speed for different operating modes during operation.

Varvtalet vid de olika driftmoderna är ofta valt pá så sätt att riggens fulla kapacitet för samtliga aktiva förbrukare vid aktuell driftmod, t.ex. slagverk (slagkraft), rotationskraft, matningskraft och spolluft vid borrning, alltid finns till- gänglig. För att kunna säkerställa korrekt funktion är därför kraftkällan vanligtvis dimensionerad på så sätt att alla funk- tioner kan användas samtidigt och vid sina respektive maximala uteffekter.The speed at the various operating modes is often chosen in such a way that the rig's full capacity for all active consumers at the current operating mode, e.g. percussion (impact force), rotational force, feed force and purge air when drilling, are always available. In order to be able to ensure correct function, the power source is therefore usually dimensioned in such a way that all functions can be used simultaneously and at their respective maximum output effects.

Fördelen med en dylik lösning är att en och samma kraftkälla kan användas som kraftkälla för samtliga vid borriggen före- kommande laster/förbrukare, såsom kompressor, hydraulpumpar/- motorer, slagverk, etc.The advantage of such a solution is that one and the same power source can be used as a power source for all loads / consumers present at the drilling rig, such as compressor, hydraulic pumps / motors, percussion, etc.

I många driftsfall utnyttjas dock inte lasternas och/eller förbrukarnas fulla kapacitet, vilket också medför att kraft- källan många gånger drivs vid ett varvtal som inte är opti- malt.In many operating cases, however, the full capacity of the loads and / or consumers is not utilized, which also means that the power source is often operated at a speed that is not optimal.

Detta medför även att bergborrningsanordningar ofta förbrukar mer effekt än nödvändigt under en borrningsprocess, vilket re- sulterar i överflödig bränsleförbrukning, och även oönskad ge- nerering av värme och buller.This also means that rock drilling devices often consume more power than necessary during a drilling process, which results in excess fuel consumption, and also unwanted generation of heat and noise.

Det existerar således ett behov av en förbättrad styrning av bergborrningsprocesser.Thus, there is a need for improved control of rock drilling processes.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla en metod för styrning av en kraftkälla vid en bergborr- ningsanordning som löser ovanstående problem. Detta syfte upp- nås med en metod enligt patentkrav 1. 10 15 20 25 30 535 475 Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för styrning av en kraftkälla vid en bergborrningsanordning, varvid nämnda kraftkälla är anordnad för drivning av åtminstone en första vid bergborrningsanordningen anordnad last, varvid nämnda för- sta last, i drift, avger kraft till en första förbrukare, och varvid den av nämnda första last avgivbara kraften beror av kraftkällans varvtal, varvid metoden innefattar att: - med hjälp av en representation av nämnda första förbrukare, bestämma ett kraftbehov för nämnda första förbrukare, - baserat pà nämnda bestämda kraftbehov, bestämma ett varv- talsbehov för nämnda första last, och - styra varvtalet för nämnda kraftkälla åtminstone baserat på nämnda bestämda varvtalsbehov för nämnda första last.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for controlling a power source in a rock drilling device which solves the above problems. This object is achieved with a method according to claim 1. The present invention relates to a method for controlling a power source at a rock drilling device, said power source being arranged for driving at least a first load arranged at the rock drilling device. , wherein said first load, in operation, delivers power to a first consumer, and wherein the force emitted by said first load depends on the speed of the power source, the method comprising: - by means of a representation of said first consumer, determining a power requirements for said first consumer, - based on said determined power requirements, determine a speed requirement for said first load, and - control the speed of said power source at least based on said determined speed requirements for said first load.

Föreliggande uppfinning har fördelen att kraftkällans varvtal kan inställas till ett varvtal där nämnda första last kan avge erfordrad kraft till nämnda första förbrukare, men där kraft- källans varvtal samtidigt inte behöver vara inställt till ett alltför högt varvtal med överskottsproduktion av kraft som inte kan nyttjas på ett effektivt sätt. I ett alternativ där kraftkällan utgörs av en förbrånningsmotor kan onödig bränsle- förbrukning och buller minskas. Uppfinningen har även fördelen att slitaget på t.ex. en förbränningsmotor kan reduceras genom att inte i onödan belasta förbränningsmotorn. I en alternativ utföringsform utgörs kraftkällan av en elmotor. Vid användning av en elmotor möjliggörs friare varvtalsstyrning, eftersom en elmotor inte är beroende av ett tomgángsvarvtal pà samma sätt som en förbränningsmotor.The present invention has the advantage that the power source speed can be set to a speed where said first load can deliver the required power to said first consumer, but where the power source speed does not have to be set to too high a speed with excess power production that cannot be used on an effective way. In an alternative where the power source consists of an internal combustion engine, unnecessary fuel consumption and noise can be reduced. The invention also has the advantage that the wear on e.g. an internal combustion engine can be reduced by not unnecessarily loading the internal combustion engine. In an alternative embodiment, the power source consists of an electric motor. When using an electric motor, freer speed control is enabled, since an electric motor does not depend on an idle speed in the same way as an internal combustion engine.

Vid bestämning av ett varvtalsbehov för en last baserat på ett bestämt kraftbehov, kan en bestämd relation mellan kraftkäl- lans varvtal och den för nämnda last avgivbara kraften använ- das. Lasten kan t.ex. vara direktkopplad till kraftkällan, varvid lastens varvtal helt kommer att motsvara kraftkällans 10 15 20 25 30 535 475 varvtal. I detta fall kan lastens avgivbara kraft helt bestäm- mas med hjälp av en representation av lasten, såsom t.ex. ett matematiskt samband eller en tabell som definierar lastens av- givbara kraft i förhållande till lastens varvtal. I det fall lasten är förbunden med kraftkällan via en växel kan en repre- sentation av växeln användas vid bestämningen för att översät- ta kraftkällans varvtal till det varvtal lasten kommer att ha.When determining a speed requirement for a load based on a specific power requirement, a specific relationship between the speed of the power source and the force emitted for said load can be used. The load can e.g. be directly connected to the power source, the speed of the load will completely correspond to the speed of the power source 10 15 20 25 30 535 475. In this case, the releasable force of the load can be completely determined by means of a representation of the load, such as e.g. a mathematical relationship or a table that defines the releasable force of the load in relation to the speed of the load. In case the load is connected to the power source via a gear, a representation of the gear can be used in the determination to translate the speed of the power source to the speed the load will have.

Föreliggande uppfinning kan således säkerställa att kraftkäl- lan alltid arbetar vid ett varvtal som är fördelaktigt eller optimalt ur bränsleförbrukningshänseende, och har således även fördelen att bergborrningsanordningens funktion inte blir ope- ratörsberoende pà samma sätt som vid manuell inställning av kraftkällans varvtal. Manuell inställning av kraftkällans varvtal kräver mycket av bergborrningsanordningens operatör, både handhavandemässigt och kunskapsmässigt, för att få kraft- källan att arbeta vid det för aktuell driftpunkt mest lämpliga motorvarvtalet. Detta leder till att kraftkällan, och därmed en eller flera laster i många driftsfall (dvs. vid t.ex. borr- ningssituationer där kraftbehovet från en eller flera förbru- kare lågt) arbetar vid ett onödigt högt varvtal som därmed inte är optimalt ur t.ex. bränsleförbrukningssynpunkt.The present invention can thus ensure that the power source always operates at a speed that is advantageous or optimal from a fuel consumption point of view, and thus also has the advantage that the function of the rock drilling device does not become operator dependent in the same way as manually setting the power source speed. Manual setting of the power source speed requires a lot from the rock drilling device operator, both in terms of operation and knowledge, in order to make the power source work at the engine speed most suitable for the current operating point. This leads to the power source, and thus one or more loads in many operating cases (ie in eg drilling situations where the power demand from one or more consumers is low) operating at an unnecessarily high speed which is thus not optimal from t .ex. fuel consumption point of view.

Kraftkällan kan vidare vara anordnad för drivning av åtminsto- ne en andra vid bergborrningsanordningen anordnad last, varvid nämnda andra last, i drift, kan avge kraft till en andra för- brukare, och varvid den av nämnda andra last avgivbara kraften beror av kraftkällans varvtal. Genom att bestämma ett andra kraftbehov för nämnda andra förbrukare, och baserat pà nämnda andra kraftbehov, bestämma ett andra varvtalsbehov för nämnda andra last, kan kraftkällans varvtal styras baserat pà nämnda första och andra varvtalsbehov.The power source may further be arranged to drive at least a second load arranged at the rock drilling device, said second load, in operation, being able to deliver power to a second consumer, and wherein the force emitted by said second load depends on the speed of the power source. By determining a second power requirement for said second consumer, and based on said second power requirement, determining a second speed requirement for said second load, the power source speed can be controlled based on said first and second speed requirements.

Kraftkällans varvtal kan inställas till det högsta av de varv- talsbehov som bestämts för nämnda första och andra last. 10 15 20 25 30 535 475 Ibland kan det vara fördelaktigt att kraftkällans varvtal en- dast kan inställas till ett flertal fasta varvtal. Kraftkäl- lans varvtal kan då inställas till det fasta varvtal som lig- ger närmast över det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last.The speed of the power source can be set to the highest of the speed requirements determined for the said first and second loads. 10 15 20 25 30 535 475 Sometimes it can be advantageous that the power source speed can only be set to a plurality of fixed speeds. The power source speed can then be set to the fixed speed that is closest to the highest of the speed requirements determined for the said first and second loads.

Enligt uppfinningen styrs kraftkällan således på ett sådant sätt att den avger precis, eller väsentligen precis, det varv- tal av inställbara varvtal som för närvarande erfordras.According to the invention, the power source is thus controlled in such a way that it delivers exactly, or substantially exactly, the speed of adjustable speeds which is currently required.

I en utföringsform inställs kraftkällans varvtal till ett fast varvtal som ligger maximalt 10% över eller under det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last. Detta har fördelen att kraftkällans varvtal kan instäl- las till ett varvtal som ligger i närheten av det bestämda varvtalsbehovet, men som kan avvika något, t.ex. p.g.a. att kraftkällan kan ha varvtal där den arbetar mer effektivt, var- vid inställning till ett sàdant varvtal kan motivera ett något lägre kraftuttag genom att inställa kraftkällans varvtal till ett något lägre varvtal än det bestämda varvtalsbehovet.In one embodiment, the speed of the power source is set to a fixed speed which is a maximum of 10% above or below the highest of the speed requirements determined for said first and second loads. This has the advantage that the speed of the power source can be set to a speed which is close to the determined speed requirement, but which may deviate somewhat, e.g. p.g.a. that the power source can have speeds where it works more efficiently, whereby setting to such a speed can justify a slightly lower power consumption by setting the power source's speed to a slightly lower speed than the specified speed requirement.

Enligt föreliggande uppfinning bestäms enligt ovan ett kraft- behov, såsom t.ex. ett hydraulflödesbehov, för en förbrukare, som sedan förmedlas till t.ex. den första lasten såsom t.ex. en hydraulpumpenhet.According to the present invention, a power requirement, such as e.g. a hydraulic flow requirement, for a consumer, which is then conveyed to e.g. the first load such as e.g. a hydraulic pump unit.

Detta har fördelen att förbrukaren kan begära ett flöde som är helt frikopplat från det varvtal med vilket hydraulpumpen mås- te drivas för att kunna avge önskat flöde. Detta innebär också att förbrukaren kan begära ett flöde, där begäran är helt obe- roende av den typ av hydraulpump som driver förbrukaren. Sett från förbrukaren spelar det alltså ingen roll om det är en li- ten eller stor hydraulpump som driver förbrukaren, det enda som är intressant är att önskat flöde erhålls. Detta medför också att hydraulpumpen kan bytas från en typ till en annan, utan att det sätt på vilket önskat hydraulflöde bestäms behö- 10 15 20 25 535 475 ver ändras, eftersom ansvaret för att ”rätt” flöde erhålls helt och hållet ligger hos lasten.This has the advantage that the consumer can request a flow that is completely decoupled from the speed at which the hydraulic pump must be operated in order to be able to deliver the desired flow. This also means that the consumer can request a flow, where the request is completely independent of the type of hydraulic pump that drives the consumer. From the consumer's point of view, it does not matter if it is a small or large hydraulic pump that drives the consumer, the only thing that is interesting is that the desired flow is obtained. This also means that the hydraulic pump can be changed from one type to another, without the way in which the desired hydraulic flow is determined having to be changed, since the responsibility for obtaining the "correct" flow lies entirely with the load.

Således kan komponenter på ett enkelt sätt bytas ut utan att de delar av styrsystemet som avser enheter som styr/styrs av en utbytt komponent behöver påverkas.Thus, components can be replaced in a simple manner without the parts of the control system relating to units controlled / controlled by a replaced component having to be affected.

Kraftkällan kan utgöra en huvudkraftkälla, varvid huvudkraft- källan kan tillhandahålla effekt till flera, eller samtliga, vid bergborrningsanordningen förekommande laster med kraftbe- hov.The power source can be a main power source, whereby the main power source can provide power to several, or all, loads with power requirements present at the rock drilling device.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och förde- lar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskriv- ning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.Additional features of the present invention and advantages thereof will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments and the accompanying drawings.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en bergborrningsanordning vid vilken föreliggande uppfinning med fördel kan tillämpas.Brief Description of the Drawings Fig. 1 shows a rock drilling device to which the present invention can be advantageously applied.

Fig. 2 visar kraftkälla, laster och förbrukare för bergborr- ningsanordningen i fig. 1 mer i detalj.Fig. 2 shows the power source, loads and consumers for the rock drilling device in Fig. 1 in more detail.

Fig. 3 visar ett flödesschema över en exempelförfarande för bestämning av ett varvtal för en kraftkälla enligt föreliggan- de uppfinning.Fig. 3 shows a flow chart of an exemplary method for determining a speed for a power source according to the present invention.

Detaljerad beskrivning av exempelutföringsformer I fig. 1 visas en bergborrningsanordning enligt en exempelut- föringsform av föreliggande uppfinning, för vilken en uppfin- ningsenlig styrning av en kraftkälla kommer att beskrivas.Detailed Description of Exemplary Embodiments Fig. 1 shows a rock drilling device according to an exemplary embodiment of the present invention, for which a control according to the invention of a power source will be described.

Den i fig. 1 visade bergborrningsanordningen innefattar en borrigg 1, i detta exempel en ovanjordborrningsrigg, vilken uppbär en borrmaskin i form av en topphammarborrmaskin ll. 10 15 20 25 30 535 475 Borriggen 1 visas i användning, borrandes ett hål 2 i berg, vilket börjar vid jordytan och där borrningen för närvarande befinner sig vid ett djup d. Hålet är avsett att resultera i ett hål med djupet B, vilket, beroende på tillämpningsområde, kan variera stort från hål till hål och/eller tillämpningsom- råde till tillämpningsområde. Det avslutade hålet anges med streckade linjer. (Det visade förhållandet mellan borrigghöjd och háldjup är inte på något sätt avsett att vara proportio- nerligt. Borrens totala höjd y kan till exempel vara 10 meter, medan håldjupet ß kan vara både mindre än och väsentligt myck- et större än 10 meter, t.ex. 20 meter, 30 meter, 40 meter el- ler mer.) Topphammarborrmaskinen 11 är via en borrsläde 13 monterad på en matarbalk 5. Matarbalken 5 är i sin tur fäst till en bom 19 via en matarbalkshållare 12. Topphammarborrmaskinen 11 till- handahàller, via en borrsträng 6 som stöds av ett borrsträng- stöd 14, slagverkan på ett borrverktyg i form av en borrkrona 3, vilken överför stötvågsenergi från topphammarborrmaskinen 11 till berget. Av praktiska skäl (utom möjligtvis för mycket korta hål) består borrsträngen 6 inte av en borrstång i ett stycke, utan består vanligtvis av ett antal borrstänger. När borrningen har fortskridit motsvarande en borrstànglängd sam- mangängas en ny borrstång med de en eller flera redan samman- gängade borrstängerna, varvid borrningen kan fortskrida ytter- ligare en borrstånglängd innan ny borrstång sammangängas med befintliga borrstänger.The rock drilling device shown in Fig. 1 comprises a drilling rig 1, in this example an above-ground drilling rig, which carries a drilling machine in the form of a top hammer drilling machine 11. 10 15 20 25 30 535 475 The drilling rig 1 is shown in use, drilling a hole 2 in rock, which begins at the earth's surface and where the drilling is currently at a depth d. The hole is intended to result in a hole with depth B, which, depending on the area of application, can vary greatly from hole to hole and / or area of application to area of application. The completed hole is indicated by dashed lines. (The shown ratio between drilling rig height and holding depth is in no way intended to be proportional. The total height y of the drill can be, for example, 10 meters, while the drilling depth ß can be both less than and substantially much greater than 10 meters, t 20 meters, 30 meters, 40 meters or more.) The top hammer drill 11 is mounted on a feed beam 5 via a drill carriage 5. The feed beam 5 is in turn attached to a boom 19 via a feed beam holder 12. The top hammer drill 11 is via a drill string 6 supported by a drill string support 14, the impact action of a drilling tool in the form of a drill bit 3, which transmits shock wave energy from the top hammer drill 11 to the rock. For practical reasons (except possibly for very short holes) the drill string 6 does not consist of a drill rod in one piece, but usually consists of a number of drill rods. When the drilling has progressed corresponding to a length of drill rod, a new drill rod is combined with the one or more already joined drill rods, whereby the drilling can proceed another drilling rod length before a new drill rod is joined with existing drill rods.

Topphammarborrmaskinen 11 är av hydraulisk typ, varvid den kraft(effekt)-försörjs av en hydraulpump 10 via hydraulslangar (ej visat) på sedvanligt sätt. Hydraulpumpen drivs i sin tur av en kraftkälla i form av t.ex. en förbränningsmotor 9 såsom en dieselmotor (alternativ kan kraftkällan 9 utgöras av en el- motor). 10 15 20 25 30 535 475 Hydraulpumpen 10 drivs i den här visade utföringsformen av en vid förbränningsmotorn 9 utgående axel, och enligt föreliggan- de exempel är hydraulpumpens 10 ingående axel förbunden med förbränningsmotorns utgående axel på ett sådant sätt att rota- tionsvarvtalet för hydraulpumpens 10 ingående axel är detsamma som varvtalet för förbränningsmotorns utgående axel. I en al- ternativ utföringsform är hydraulpumpens ingående axel förbun- den med förbränningsmotorns utgående axel via lämplig växelan- ordning.The top hammer drill 11 is of the hydraulic type, the power (power) being supplied by a hydraulic pump 10 via hydraulic hoses (not shown) in the usual way. The hydraulic pump is in turn driven by a power source in the form of e.g. an internal combustion engine 9 such as a diesel engine (alternatively, the power source 9 may be an electric motor). In the embodiment shown here, the hydraulic pump 10 is driven by a shaft output from the internal combustion engine 9, and according to the present example, the input shaft of the hydraulic pump 10 is connected to the output shaft of the internal combustion engine in such a way that the rotational speed of the hydraulic pump 10 input shaft is the same as the speed of the output shaft of the internal combustion engine. In an alternative embodiment, the input shaft of the hydraulic pump is connected to the output shaft of the internal combustion engine via a suitable gear unit.

I allmänhet utgör kraftkällan 9 vid en borrigg av ovanstående typ en huvudkraftkälla, varvid huvudkraftkällan 9 tillhanda- håller effekt till flera, eller samtliga, vid borriggen före- kommande enheter med kraftbehov, såsom t.ex. laster i form av hydraulpumpar, vilka i sin tur driver förbrukare, såsom t.ex. slagverk, hydraulmotorer etc.In general, in the case of a drilling rig of the above type, the power source 9 constitutes a main power source, the main power source 9 providing power to several, or all, units with power requirements present at the drilling rig, such as e.g. loads in the form of hydraulic pumps, which in turn drive consumers, such as e.g. percussion, hydraulic motors etc.

I föreliggande beskrivning och patentkrav används termen ”last” för att definiera en enhet som drivs direkt av kraft- källan, medan termen ”förbrukare” används för att definiera en enhet som drivs av en last och därmed indirekt av kraftkällan.In the present description and claims, the term “load” is used to define a unit that is driven directly by the power source, while the term “consumer” is used to define a unit that is driven by a load and thus indirectly by the power source.

Ett annat exempel på laster som kan drivas av kraftkällan ut- görs av kylfläktar. Vidare utgörs en annan typ av vanligt fö- rekommande laster av kompressorer, och den i fig. 1 visade bergborrningsanordningen innefattar en kompressor 8, vilken tillhandahåller spolningsmedium i form av komprimerad luft.Another example of loads that can be driven by the power source is cooling fans. Furthermore, another type of commonly occurring loads are compressors, and the rock drilling device shown in Fig. 1 comprises a compressor 8, which provides purge medium in the form of compressed air.

Spolningsmedium används för att spola rent borrhålen från de borrningsrester, även kallat borrkax, som bildas vid borrning- en.Flushing medium is used to flush the boreholes from the drilling residues, also called drill cuttings, which are formed during drilling.

I det visade exemplet leds spolluften genom borrstängerna, vilka utgörs av tjockväggiga rör, t.ex. av stål. En i eller genom stängernas väggar i längdriktningen bildad kanal genom borrsträngen används för att mata spolluften från borriggen 1 genom borrsträngen 6 för utsläpp genom spolluftshål i borrkro- 10 15 20 25 30 535 475 10 nan för att därefter ta med sig borrkaxet på sin väg upp ur hålet i utrymmet mellan borrstång och hålvägg, såsom indikeras av de uppàtriktade pilarna i fig. 1.In the example shown, the purge air is led through the drill rods, which consist of thick-walled pipes, e.g. steel. A duct formed in or through the walls of the rods in the longitudinal direction through the drill string is used to supply the purge air from the drilling rig 1 through the drill string 6 for discharge through purge air holes in the drill bit to then take the drill cuttings on their way up from the hole in the space between the drill rod and the hole wall, as indicated by the upward arrows in Fig. 1.

För att borrkaxet ska följa med spolluften upp ur hålet och därmed undvika igensättning av spollufthàlen erfordras att spolluften uppnår åtminstone en viss hastighet, och därmed spolluftflöde, vilket i första hand beror på borrkaxets stor- lek, form och densitet.In order for the drill cuttings to follow the flushing air out of the hole and thereby avoid clogging of the flushing air, it is required that the flushing air reaches at least a certain speed, and thus flushing air flow, which primarily depends on the size, shape and density of the drill cuttings.

Kompressorn 8 används för att på känt sätt få ner luft till borrkronan genom att trycka spolluften genom kanalen i borr- stängerna ner till borrkronan.The compressor 8 is used to get air down to the drill bit in a known manner by pushing the purge air through the duct in the drill rods down to the drill bit.

Förbränningsmotorn 9 utgör enligt ovan borriggens huvudkraft- källa, och bör därför vara tillräckligt kraftfull för att sam- tidigt kunna driva både kompressorn 8 och övriga till förbrän- ningsmotorn anslutna laster, såsom hydraulpumpen 10 och en hydraulpump 15, vilken driver en rotationsmotor för rotation av borrsträngen, vid full effekt. Den av förbränningsmotorn avgivbara kraften bör dessutom vara tillräckligt stor för att samtidigt kunna driva kylfläktar, spolluftflöde och de förbru- kare som drivs av kompressorn 8 respektive hydraulpumparna 10, 15 vid full effekt. Även ytterligare laster kan vara anordnade att drivas av förbränningsmotorn, såsom t.ex. ytterligare hyd- raulpumpar, vilka i sin tur kan driva andra på bergborrnings- anordningen anordnade förbrukare, såsom t.ex. hydraulmotorer för användning på ett vid bergborrningsanordningar sedvanligt sätt.According to the above, the internal combustion engine 9 is the main power source of the drilling rig, and should therefore be powerful enough to simultaneously drive both the compressor 8 and other loads connected to the internal combustion engine, such as the hydraulic pump 10 and a hydraulic pump 15, which drives a rotary motor for rotating the drill string, at full power. In addition, the force emitted by the internal combustion engine should be large enough to be able to drive cooling fans, purge air flow and the consumers driven by the compressor 8 and the hydraulic pumps 10, 15 at full power at the same time. Additional loads can also be arranged to be driven by the internal combustion engine, such as e.g. additional hydraulic pumps, which in turn can drive other consumers arranged on the rock drilling device, such as e.g. hydraulic motors for use in a manner customary for rock drilling devices.

Borriggen innefattar även en styrenhet 18, vilken utgör en del av borriggens styrsystem, och vilken kan användas för styrning av diverse funktioner, såsom t.ex. styrning av förbränningsmo- torns 9 varvtal enligt föreliggande uppfinning, och enligt vad som beskrivs nedan. 10 15 20 25 30 535 475 ll Enligt föreliggande uppfinning styrs kraftkällans varvtal ba- serat på rådande kraftbehov hos åtminstone en av de till för- bränningsmotorn indirekt anslutna förbrukarna. Kraftbehovet för nämnda åtminstone en av förbrukarna bestäms med hjälp av en representation av förbrukaren, varvid således förbrukarens kraftbehov kan bestämmas genom beräkning och/eller t.ex. ta- belluppslagning, och därmed utan att sensorsignaler behöver användas vid bestämningen.The drilling rig also comprises a control unit 18, which forms part of the drilling rig's control system, and which can be used for controlling various functions, such as e.g. controlling the speed of the internal combustion engine 9 according to the present invention, and as described below. According to the present invention, the speed of the power source is controlled based on the prevailing power requirements of at least one of the consumers indirectly connected to the internal combustion engine. The power requirement for the at least one of the consumers is determined by means of a representation of the consumer, whereby the power requirement of the consumer can thus be determined by calculation and / or e.g. table look-up, and thus without the need for sensor signals to be used in the determination.

Med representation menas i denna beskrivning och i de följande patentkraven godtyckligt lämpligt sätt att beskriva en last eller förbrukare. Representationen kan t.ex. utgöras av en mjukvarurepresentation, dvs. vara implementerad i form av ett datorprogram. Vidare kan representationen t.ex. utgöras av ett matematiskt uttryck, varvid ett kraft-/varvtalsbehov bestäms genom en beräkning baserad på en eller flera inparametrar. Al- ternativt kan representationen t.ex. vara i listform, såsom t.ex. i tabellform.By representation is meant in this description and in the following claims any suitable way of describing a load or consumer. The representation can e.g. consists of a software representation, ie. be implemented in the form of a computer program. Furthermore, the representation can e.g. consists of a mathematical expression, whereby a power / speed requirement is determined by a calculation based on one or more input parameters. Alternatively, the representation can e.g. be in list form, such as e.g. in tabular form.

I fig. 2 visas bergborrningsanordningens kraftkälla 9, laster och förbrukare mer i detalj. Fig. 2 visar förbrànningsmotorn 9 med hydraulpumpar 10, 15 samt kompressorn 8 direkt kopplade till kraftkällans utgående axel 20. För enkelhetens skull vi- sas de till kraftkällan 9 anslutna lasterna direkt förbundna med kraftkällans 9 utgående axel, men såsom nämnts kan i en alternativ utföringsform en eller flera av lasterna vara för- bundna med förbränningsmotorns utgående axel 20 via tillämplig växelanordning.Fig. 2 shows the power source 9, loads and consumers of the rock drilling device in more detail. Fig. 2 shows the internal combustion engine 9 with hydraulic pumps 10, 15 and the compressor 8 directly connected to the output shaft 20 of the power source. For the sake of simplicity, the loads connected to the power source 9 are shown directly connected to the output shaft 9, but as mentioned in an alternative embodiment one or more of the loads must be connected to the output shaft 20 of the internal combustion engine via the applicable gear unit.

Enligt ovan styr hydraulpumpen 10 topphammarslagverket ll sam- tidigt som hydraulpumpen 15 styr en (eller flera) rotationsmo- tor(er) 21 för rotation av borrsträngen. Fig. 2 visar även kompressorn 8. Kompressorn 8 genererar tryckluft som tillförs en separatortank 33, där olja som tillförts vid komprimeringen åter avskiljs från tryckluften. Den till separatortanken 22 10 15 20 25 30 535 475 12 tillförda tryckluften används sedan som spolningsmedium enligt ovan. Såsom också har nämnts, kan även ytterligare, ej visade, laster vara anordnade att drivas av kraftkällan 9.According to the above, the hydraulic pump 10 controls the top hammer percussion l1 at the same time as the hydraulic pump 15 controls one (or more) rotary motor (s) 21 for rotating the drill string. Fig. 2 also shows the compressor 8. The compressor 8 generates compressed air which is supplied to a separator tank 33, where oil supplied during the compression is again separated from the compressed air. The compressed air supplied to the separator tank 22 10 15 20 25 30 535 475 12 is then used as flushing medium as above. As also mentioned, further loads (not shown) can also be arranged to be driven by the power source 9.

Ett exempelförfarande 300 enligt föreliggande uppfinning för bestämning av varvtal för kraftkällan 9 visas i fig. 3. I steg 301 bestäms om kraftkällan är startad, och om så är fallet fortsätter förfarandet till steg 302, samtidigt som en varia- bel "förbrukare” sätts till i=l. Varje förbrukare vid berg- borrningsanordningen (eller åtminstone den/de förbrukare för vilken/vilka bestämning enligt föreliggande uppfinning ska ut- föras) tillordnas ett löpnummer i, varvid förbrukaren kan identifieras med nämnda löpnummer i.An exemplary method 300 according to the present invention for determining the speed of the power source 9 is shown in Fig. 3. In step 301, it is determined whether the power source is started, and if so, the method proceeds to step 302, while adding a variable "consumer" i = l. Each consumer at the rock drilling device (or at least the consumer (s) for which / which determination according to the present invention is to be performed) is assigned a serial number i, whereby the consumer can be identified by said serial number i.

I steg 302 bestäms kraftbehovet för förbrukare i, dvs. i detta fall förbrukare 1, vilken kan utgöras av någon godtycklig för- brukare. I föreliggande exempel utgörs förbrukare i=1 av rota- tionsmotorn 21. Beträffande de till hydraulpumparna anslutna förbrukarna, såsom rotationsmotorn 21, innebär detta kraftbe- hov ett hydraulflödesbehov.In step 302, the power requirement for consumers in, i.e. in this case consumer 1, which can be any arbitrary consumer. In the present example, consumers i = 1 are constituted by the rotary motor 21. With regard to the consumers connected to the hydraulic pumps, such as the rotary motor 21, this power requirement means a hydraulic flow requirement.

Enligt föreliggande exempel utförs denna bestämning med be- stämningsorgan i form av ett datorprogram. T.ex. kan de styr- organ som används för styrning av förbrukaren utgöras av ett dedikerat datorprogramkodavsnitt i en styrenhet, varvid dator- programkodavsnittet kan vara utbytbart utan att andra dator- programkodavsnitt behöver påverkas. Vidare används en mjukva- rurepresentation av förbrukaren vid bestämningen, där mjukva- rurepresentationen kan vara integrerad i nämnda datorprogram- kodavsnitt. T.ex. kan en förbrukare, såsom rotationsmotorn 21, representeras av en representation i form av ett matematiskt uttryck, varvid kraftbehovet bestäms genom en beräkning base- rad pà en eller flera inparametrar enligt nedan. Alternativt kan förbrukaren representeras av en representation i listform, såsom t.ex. i tabellform, där kraftbehovet bestäms genom att 10 15 20 25 30 535 475 13 ur tabellen/listningen ta fram ett värde representerande kraftbehovet baserat pà en eller flera inparametrar, och där värden på kraftbehovet kan finnas angivet för ett stort antal värden pà respektive inparameter, liksom även kombinationer av olika värden pà inparametrar. Bestämningen av kraftbehovet kan t.ex. även utföras genom en kombination av ovanstående förfa- randen. Bestämningsorganen kan även utgöras av t.ex. en härd- varuimplementering t.ex. m.h.a. en ASIC (Application Specific Integrated Circuit) -krets.According to the present example, this determination is performed with determining means in the form of a computer program. For example. For example, the control means used for controlling the consumer may consist of a dedicated computer program code section in a control unit, whereby the computer program code section can be interchangeable without the need for other computer program code sections to be affected. Furthermore, a software representation of the consumer is used in the determination, where the software representation can be integrated in the said computer program code section. For example. For example, a consumer, such as the rotary motor 21, may be represented by a representation in the form of a mathematical expression, the power requirement being determined by a calculation based on one or more input parameters as below. Alternatively, the consumer may be represented by a representation in list form, such as e.g. in tabular form, where the power demand is determined by extracting from the table / listing a value representing the power demand based on one or more input parameters, and where values of the power demand can be specified for a large number of values of the respective input parameters, as well as combinations of different values of input parameters. The determination of the power requirement can e.g. also performed by a combination of the above procedures. The determining means can also consist of e.g. a hardware implementation e.g. m.h.a. and ASIC (Application Specific Integrated Circuit) circuit.

De inparametrar som används vid bestämning av kraftbehovet kan bestämmas av den process/del i bergborrningsanordningens styr- system som styr pågående drift av bergborrningsanordningen.The input parameters used in determining the power requirement can be determined by the process / part of the rock drilling device's control system that controls the ongoing operation of the rock drilling device.

Rotationsmotorn 21 används i föreliggande exempel för rotation av borrsträngen vid pågående borrning, varvid inparametrar er- hålls fràn styrningen av borrningsprocessen. Denna övergripan- de styrning kan t.ex. bestämma att borrning med viss slag- kraft, såsom t.ex. någon tillämplig andel av maximal slag- kraft, ska råda, samt också att en viss rotationskraft och/eller ett visst rotationsvarvtal för borrsträngen erford- ras.The rotary motor 21 is used in the present example for rotating the drill string during drilling, whereby input parameters are obtained from the control of the drilling process. This overall control can e.g. decide that drilling with a certain impact force, such as e.g. any applicable proportion of maximum impact force shall prevail, and also that a certain rotational force and / or a certain rotational speed for the drill string is required.

Med hjälp av representationen av rotationsmotorn 21 bestäms det hydraulflöde med vilket rotationsmotorn måste drivas, dvs. det hydraulflöde som måste erhållas fràn hydraulpumpen 15 för att en för borrsträngen önskad rotationshastig- het/rotationskraft för borrsträngen ska kunna erhållas. Sett ur den övergripande styrningen av borrningsprocessens perspek- tiv medför detta således att det räcker med att begära en ro- tationshastighet och/eller rotationskraft för borrsträngen från rotationsmotorn 21, utan att behöva ta hänsyn till vilken typ av rotationsmotor som faktiskt används. Således kan, fort- farande sett ur den övergripande styrningen av borrningspro- cessens perspektiv, hydraulmotorn 21 bytas ut mot en helt an- lO 15 20 25 30 535 475 14 nan typ av hydraulmotor, utan att detta påverkar den över- gripande styrningens styrsignaler med avseende på rotationsmo- torn 21.By means of the representation of the rotary motor 21, the hydraulic flow with which the rotary motor must be driven is determined, i.e. the hydraulic flow that must be obtained from the hydraulic pump 15 in order to obtain a desired rotational speed / rotational force for the drill string for the drill string. Seen from the overall control of the drilling process perspective, this means that it is sufficient to request a rotational speed and / or rotational force for the drill string from the rotary motor 21, without having to take into account the type of rotary motor actually used. Thus, still seen from the overall control from the perspective of the drilling process, the hydraulic motor 21 can be replaced by a completely different type of hydraulic motor, without this affecting the control signals of the overall control with with respect to the rotary motor 21.

Den övergripande styrningen av borrningsprocessen behöver alltså inte ta hänsyn till vilken typ av rotationsmotor som används, med fördelen att denna del av bergborrningsanordning- ens styrsystem inte behöver ändras/omprogrammeras i det fall t.ex. rotationsmotorn 21 utbyts mot en rotationsmotor av annan typ.The overall control of the drilling process thus does not have to take into account the type of rotary motor used, with the advantage that this part of the rock drilling device's control system does not need to be changed / reprogrammed in the case e.g. the rotary motor 21 is replaced by a rotary motor of another type.

Principen för detta funktionsuppdelade styrsystem exemplifie- ras i fig. 2, där delar av styrenheten 18 visas. Den över- gripande styrningen av borrningsprocessen visas som 30, och representationen av rotationsmotorn 21 visas som 31.The principle of this function-divided control system is exemplified in Fig. 2, where parts of the control unit 18 are shown. The overall control of the drilling process is shown as 30, and the representation of the rotary motor 21 is shown as 31.

När således rotationsmotorns 21 kraftbehov har bestämts i steg 302 med hjälp av representationen 31 av rotationsmotorn 21, bestäms, i steg 303, det varvtal ag med vilket hydraulpumpen 15 måste drivas för att kunna avge önskat flöde.Thus, when the power demand of the rotary motor 21 has been determined in step 302 by means of the representation 31 of the rotary motor 21, the speed ag with which the hydraulic pump 15 must be driven in order to be able to deliver the desired flow is determined, in step 303.

Detta utförs på ett med ovan analogt sätt, dvs. den del 31 av styrsystemet som hanterar rotationsmotorn 21 begär det enligt ovan bestämda hydraulflödet från den del 32 av styrsystemet (de bestämningsorgan) som hanterar hydraulpumpen 15.This is done in a manner analogous to the above, ie. the part 31 of the control system which handles the rotary motor 21 requests the hydraulic flow as determined above from the part 32 of the control system (the determining means) which handles the hydraulic pump 15.

När flödesbegäran från den del av styrsystemet som avser rota- tionsmotorn 21 har mottagits från den del av styrsystemet som avser hydraulpumpen 15 används denna flödesbegäran för att be- räkna det minsta varvtal a¿ med vilket hydraulpumpen 15 måste roteras av kraftkällan 9 för att kunna avge önskat flöde till rotationsmotorn 21. Eftersom hydraulpumpen 15 i den visade ut- föringsformen är direkt kopplad till kraftkällans 9 axel utgör detta framräknade varvtal a¿ också det minsta varvtal som kraftkällan 9 måste drivas vid, sett från hydraulpumpen 15.When the flow request from the part of the control system relating to the rotary motor 21 has been received from the part of the control system relating to the hydraulic pump 15, this flow request is used to calculate the minimum speed a¿ with which the hydraulic pump 15 must be rotated by the power source 9 to deliver desired flow to the rotary motor 21. Since the hydraulic pump 15 in the embodiment shown is directly connected to the shaft of the power source 9, this calculated speed also constitutes the minimum speed at which the power source 9 must be driven, seen from the hydraulic pump 15.

Detta framräknade varvtal kommuniceras sedan till den del (de 10 15 20 25 30 535 475 15 styrorgan) 33 av styrsystemet som styr kraftkällan 9, varvid det lägsta varvtal kraftkällan måste drivas vid, a¿ mn sätts :in Förfarandet fortsätter sedan till steg 304, där det bestäms om variabeln ”förbrukare” nått värdet n. Om så inte är fallet räknas ”förbrukare” upp med ett, varvid förfarandet återgår till steg 302 för att bestämma kraftbehovet för förbrukare i+1. I föreliggande exempel t.ex. topphammarslagverket 11.This calculated speed is then communicated to the part (the control means) 33 of the control system which controls the power source 9, whereby the lowest speed the power source must be operated at, unless set: in The procedure then proceeds to step 304, where it is determined whether the variable "consumer" has reached the value n. If this is not the case, "consumer" is counted with one, whereby the procedure returns to step 302 to determine the power requirement for consumers in + 1. In the present example e.g. topphammarslagverket 11.

Principen för denna bestämning är helt analog med det ovanstå- ende, dvs. den övergripande styrningen av borrningsprocessen 30 begär ett slagverkstryck från den del 34 av styrsystemet som hanterar slagverket ll. Beträffande topphammarslagverket arbetar detta inte kontinuerligt på samma sätt som t.ex. rota- tionsmotorn utan intermittent, men med kännedom om slagverks- trycket, vilket t.ex. kan erhållas som styrsignal fràn den övergripande styrningen av borrningsprocessen 30, kan slag- verksflödet räknas ut med hjälp av en funktion över hur slag- verksflödet beror av slagverkstrycket. Denna tryck- /flödeskarakteristik kan t.ex. finnas angiven i datablad, var- vid dessa databladsdata kan lagras i styrsystemet. Alternativt kan mätas upp tryck-/flödeskarakteristik mätas upp vid till- verkningen för det specifika slagverket, alternativt ett typ- slagverk.The principle of this determination is completely analogous to the above, ie. the overall control of the drilling process 30 requests a percussion pressure from the part 34 of the control system which handles the percussion device 11. Regarding the top hammer percussion, this does not work continuously in the same way as e.g. the rotary engine without intermittent, but with knowledge of the percussion pressure, which e.g. can be obtained as a control signal from the overall control of the drilling process 30, the percussion flow can be calculated by means of a function of how the percussion flow depends on the percussion pressure. This pressure / flow characteristic can e.g. is specified in data sheets, whereby this data sheet data can be stored in the control system. Alternatively, pressure / flow characteristics can be measured during the manufacture of the specific percussion instrument, or alternatively a type percussion instrument.

När slagverkets hydraulflödesbehov har bestämts begärs ett hydraulflöde från den del 35 av styrsystemet som hanterar hyd- raulpumpen 10 enligt ovan, varvid det minsta varvtal med vil- ket hydraulpumpen 10 måste roteras av kraftkällan 9 för att kunna avge önskat flöde till slagverket 11 också kan bestämmas i steg 303. Det framräknade varvtalet kommuniceras till delen 33 av styrsystemet som styr kraftkällan 9, varvid a¿_mn sätts till det högsta av de olika framräknade ar. 10 15 20 25 30 535 475 16 Stegen 302-304 upprepas sedan till dess att erfordrade varv- tal, sett från var och en av de till kraftkällan anslutna las- terna, har betstämts. Såsom inses kan hydraulpumparna 10, 15 vara anordnade att driva ytterligare, ej visade förbrukare, varvid ovanstående bestämning kan utföras för varje förbrukare som drivs av en och samma hydraulpump, och varvid flödesbeho- vet för en hydraulpump kan ta hänsyn till det sammanlagda flö- desbehovet för tvà eller flera förbrukare om dessa drivs sam- tidigt av en och samma hydraulpump, varvid således hydraulpum- pens varvtalsbehov också blir högre.When the hydraulic flow requirement of the percussion has been determined, a hydraulic flow is requested from the part 35 of the control system which handles the hydraulic pump 10 as above, whereby the minimum speed with which the hydraulic pump 10 must be rotated by the power source 9 to deliver desired flow to the percussion unit 11 can also be determined in step 303. The calculated speed is communicated to the part 33 of the control system which controls the power source 9, whereby a¿_mn is set to the highest of the various calculated years. 10 15 20 25 30 535 475 16 Steps 302-304 are then repeated until the required speeds, seen from each of the loads connected to the power source, have been determined. As will be appreciated, the hydraulic pumps 10, 15 may be arranged to drive additional consumers, not shown, the above determination being made for each consumer driven by one and the same hydraulic pump, and the flow requirement of a hydraulic pump being able to take into account the total flow requirement. for two or more consumers if these are driven simultaneously by one and the same hydraulic pump, whereby thus the speed requirement of the hydraulic pump will also be higher.

På motsvarande sätt bestäms kompressorns varvtalsbehov, där detta i princip, åtminstone vid pågående borrning, beror av spolluftsbehovet. Kompressorn kan t.ex. vara anordnad att sty- ras enligt det i den parallella ansökan ” Anordning och metod vid bergborrning", med samma uppfinnare och inlämningsdag som föreliggande ansökan, beskrivna förfarandet. Enligt det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet visas en lösning där kom- pressorn arbetar enligt en första mod respektive en andra mod, och där i nämnda första mod kompressorns avgivna flöde är an- ordnat att styras genom styrning av varvtalet för nämnda kom- pressor, och där i nämnda andra mod kompressorns avgivna flöde är anordnat att styras genom styrning av luftflödet vid kom- pressorns inlopp. Således kan kompressorns varvtalsbehov vara anordnat att bestämmas enligt det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet.Correspondingly, the speed requirement of the compressor is determined, where this in principle, at least during ongoing drilling, depends on the purge air requirement. The compressor can e.g. be arranged to be controlled according to the method described in the parallel application "Device and method for rock drilling", with the same inventor and filing date as the present application. mode and a second mode, respectively, and where in said first mode the output of the compressor is arranged to be controlled by controlling the speed of said compressor, and where in said second mode the output of the compressor is arranged to be controlled by controlling the air flow at Thus, the speed requirements of the compressor may be arranged to be determined according to the method described in said application.

När sedan varvtalsbehovet har bestämts för samtliga förbrukare och laster, dvs. när villkoret i steg 304 är uppfyllt, fort- sätter förfarandet till steg 305 för bestämning av kraftkäl- lans varvtal. Detta kan t.ex. utföras genom att med hjälp av delen 33 av styrsystemet som styr kraftkällan 9 jämföra de en- ligt ovan bestämda varvtalen för kraftkällan, varvid kraftkäl- lan i steg 306 kan inställas till det högsta av nämnda varvtal 10 15 20 25 30 535 475 17 för att på sä sätt tillgodose önskemål från samtliga förbruka- re, samtidigt som kraftkällan 9 inte drivs vid ett onödigt högt varvtal. Vid regleringen av kraftkällans varvtal kan styrenheten erhålla aktuellt varvtal för kraftkällan t.ex. med hjälp av en vid kraftkällans utgående axel, eller vid någon av de anslutna lasterna, anordnad varvtalsgivare.When then the speed requirement has been determined for all consumers and loads, ie. when the condition in step 304 is met, the procedure proceeds to step 305 to determine the speed of the power source. This can e.g. is performed by comparing with the aid of the part 33 of the control system which controls the power source 9 the speeds of the power source as determined above, whereby the power source in step 306 can be set to the highest of said speed 10 15 20 25 30 535 475 17 to in this way satisfy the wishes of all consumers, while the power source 9 is not operated at an unnecessarily high speed. When regulating the power source speed, the control unit can receive the current speed for the power source, e.g. by means of a speed sensor arranged at the output shaft of the power source, or at one of the connected loads.

Såsom nämnts kan kraftkällan inställas till det högsta av de varvtal som begärts från någon av kraftkällans laster. Kraft- källans varvtal kan alternativt ställas till något av ett an- tal fasta varvtal, där varvtalet kan inställas till det fasta varvtal som ligger närmast över det högsta av nämnda mottagna varvtalsbegäran. En sådan lösning kan t.ex. vara att föredra ur dimensioneringshänseende, då hänsyn endast behöver tas till ett antal på förhand kända varvtal för kraftkällan. Vidare måste, åtminstone i det fall kraftkällan utgörs av en förbrän- ningsmotor, varvtalet åtminstone utgöras av förbränningsmo- torns tomgàngsvarvtal. Om det enligt förfarandet i fig. 3 be- stämda varvtalet understiger förbränningsmotorns tomgångsvarv- tal kan istället förbränningsmotorns varvtal sättas till tom- gångsvarvtalet.As mentioned, the power source can be set to the highest of the speeds required from any of the power source loads. The speed of the power source can alternatively be set to one of a number of fixed speeds, where the speed can be set to the fixed speed which is closest to the highest of said received speed requests. Such a solution can e.g. be preferable from a design point of view, as only a number of pre-known speeds for the power source need be taken into account. Furthermore, at least in the case where the power source consists of an internal combustion engine, the speed must at least consist of the idle speed of the internal combustion engine. If the speed determined according to the procedure in Fig. 3 is less than the idle speed of the internal combustion engine, the speed of the internal combustion engine can instead be set to the idle speed.

Enligt ovan kan kraftkällans varvtal alternativt inställas till ett fast varvtal som ligger maximalt 10% över eller under det högsta av de varvtalsbehov som bestämts för nämnda första och andra last.According to the above, the speed of the power source can alternatively be set to a fixed speed which is a maximum of 10% above or below the highest of the speed requirements determined for said first and second loads.

Företrädesvis är systemet dimensionerat på så sätt att kraft- källan alltid kan avge det maximala effektbehov som kan uppstå samtidigt som det högsta begärda varvtalet kan tillgodoses.Preferably, the system is dimensioned in such a way that the power source can always deliver the maximum power requirement that can arise at the same time as the highest requested speed can be met.

Alternativt kan det existera situationer när det enligt ovan bestämda varvtalet utgör ett varvtal vid vilket den av kraft- källan avgivbara effekten inte uppgår till önskad effekt, var- vid önskad effekt sàledes inte kan uttas, varvid kraftkällans varvtal kan inställas till ett varvtal vid vilket maximal ef- 10 15 20 25 30 535 475 18 fekt för kraftkällan kan uttas för att i möjligaste màn till- godose rådande behov.Alternatively, situations may exist when the speed determined according to the above is a speed at which the power emitted by the power source does not amount to the desired power, whereby the desired power can thus not be taken out, whereby the power source speed can be set to a speed at which maximum effect on the power source can be extracted to meet current needs as far as possible.

Styrning av bergborrningsanordningen enligt föreliggande upp- finning medför således att styrsystemimplementeringen för styrning av kraftkällan kan utformas på ett sätt som medför att kraftkällan drivs vid ett varvtal som så nära som möjligt överensstämmer med ett ”optimalt” varvtal.Control of the rock drilling device according to the present invention thus means that the control system implementation for controlling the power source can be designed in a way that entails that the power source is operated at a speed that corresponds as closely as possible to an “optimal” speed.

Vidare kan systemet vara anordnat att kontinuerligt och auto- matiskt anpassa kraftkällans varvtal till den för tillfället mest gynnsamma driftpunkten utan att riggens funktioner påver- kas pá negativt sätt. Det ska förstås att regleringen av kraftkällans varvtal kan vara kontinuerlig, dvs. förfarandet enligt fig. 3, och därmed bestämning av erfordrat varvtal, kan t.ex. utföras kontinuerligt, varje sekund, var 5: sekund, var 10:e sekund eller med något annat lämpligt intervall. Kraft- källans varvtal kan således förändras kontinuerligt under drift, t.ex. beroende på in-/urkoppling av andra las- ter/förbrukare som drivs av kraftkällan, alternativt förändra- de behov vid t.ex. borrning, såsom ökat/minskat slagkraftbe- hov, ökat/minskat behov av spolluft etc.Furthermore, the system can be arranged to continuously and automatically adjust the speed of the power source to the currently most favorable operating point without the rig's functions being adversely affected. It should be understood that the regulation of the power source speed can be continuous, ie. the method according to Fig. 3, and thus determining the required speed, e.g. performed continuously, every second, every 5 seconds, every 10 seconds or at any other appropriate interval. The speed of the power source can thus change continuously during operation, e.g. depending on the connection / disconnection of other loads / consumers that are driven by the power source, alternatively changed needs in e.g. drilling, such as increased / decreased impact force requirements, increased / decreased need for purge air, etc.

Styrning av bergborrningsanordningen enligt föreliggande upp- finning medför också att komponenter på ett enkelt sätt kan bytas ut utan att delar av styrsystemet som avser enheter som styr/styrs av en utbytt komponent behöver påverkas.Control of the rock drilling device according to the present invention also means that components can be replaced in a simple manner without parts of the control system relating to units controlled / controlled by a replaced component having to be affected.

Genom att t.ex. styrningen av rotationsmotorn 21 begär ett önskat flöde från hydraulpumpen 15 behöver inte rotationsmo- torns styrning "bry sig" om vilken typ av hydraulpump som fak- tiskt driver rotationsmotorn, dvs. sett fràn rotationsmotorn spelar det ingen roll om det är en liten hydraulpump som drivs med ett högt varvtal eller om det är en större hydraulpump som kan drivas vid ett lägre varvtal. Således kan hydraulpumpen 15 bytas ut mot en annan typ av hydraulpump utan att borriggens 10 15 20 25 30 535 475 19 styrning med avseende pä rotationsmotorn, eller bergborrnings- processens övergripande styrning, behöver förändras. Detta gäller pà motsvarande sätt för övriga laster och förbrukare som styrs enligt föreliggande uppfinning. I en utföringsform styrs samtliga vid bergborrningsanordningen förekommande och av kraftkällan direkt eller indirekt drivna laster/förbrukare enligt föreliggande uppfinning. Enligt en annan utföringsform styrs endast en delmängd av nämnda laster förbrukare enligt föreliggande uppfinning, varvid övriga laster/förbrukare kan styras på annat sätt, eller inte alls.By e.g. the control of the rotary motor 21 requests a desired flow from the hydraulic pump 15, the control of the rotary motor does not have to "care" about the type of hydraulic pump that actually drives the rotary motor, ie. seen from the rotary engine, it does not matter if it is a small hydraulic pump that is operated at a high speed or if it is a larger hydraulic pump that can be operated at a lower speed. Thus, the hydraulic pump 15 can be replaced with another type of hydraulic pump without the need to change the control of the drilling rig 10 with respect to the rotary motor, or the overall control of the rock drilling process. This applies correspondingly to other loads and consumers controlled according to the present invention. In one embodiment, all loads / consumers present at the rock drilling device and driven directly or indirectly by the power source according to the present invention are controlled. According to another embodiment, only a subset of said loads of consumers is controlled according to the present invention, whereby other loads / consumers can be controlled in another way, or not at all.

Såsom inses kan en lösning enligt föreliggande uppfinning fortfarande leda till att vissa laster/förbrukare har ett läg- re varvtalsbehov än det enligt ovan bestämda a¿J“som kraftkäl- lan kommer att drivas vid. I en utföringsform hanteras detta genom att lasten/förbrukaren får arbeta vid en högre effekt än vad som egentligen är nödvändigt. Detta medför dock förluster som är direkt beroende av överkapaciteten.As will be appreciated, a solution according to the present invention may still lead to certain loads / consumers having a lower speed requirement than that according to the above-determined a¿J “at which the power source will be operated. In one embodiment, this is handled by allowing the load / consumer to work at a higher power than is actually necessary. However, this entails losses that are directly dependent on overcapacity.

Det kan dock vara fördelaktigt att konstruera systemet på så sätt att driftsfall där det tillgängliga flödet är större än önskat kan hanteras för att i möjligaste män minska överflödig energiförbrukning. I de fall hydraulpumpar drivs vid högre varvtal än vad som erfordras av den/de till hydraulpumpen an- slutna förbrukarna kan t.ex. överflödig pumpkapacitet shuntas till tank. Även detta medför dock förluster som direkt beror av överkapaciteten. I de fall hydraulpumpar med variabelt de- placement används kan deplacementet reduceras vid behov, vil- ket är betydligt effektivare vid dellast även om reducerade deplacement genererar något ökade förluster p.g.a. försämrad verkningsgrad.However, it can be advantageous to design the system in such a way that operational cases where the available flow is greater than desired can be handled in order to reduce excess energy consumption in as many men as possible. In cases where hydraulic pumps are operated at higher speeds than required by the consumer (s) connected to the hydraulic pump, e.g. excess pump capacity is shunted to tank. However, this also entails losses that are directly due to overcapacity. In cases where hydraulic pumps with variable displacement are used, the displacement can be reduced if necessary, which is significantly more efficient with partial loads, even if reduced displacements generate slightly increased losses due to impaired efficiency.

I en utföringsform innefattar en eller flera av nämnda förbru- kare och laster en egen styrenhet, varvid t.ex. en rotations- hastighetsbegäran kan skickas till en för rotationsmotorn de- 10 15 20 535 475 20 dikerad styrenhet, som sedan skickar flödesbehovsbegäran till styrenheten för den hydraulpump som driver rotationsmotorn, vilken i sin tur kan bestämma erfordrat varvtal som sedan sänds till t.ex. kraftkällans styrenhet.In one embodiment, one or more of said consumers and loads comprises their own control unit, wherein e.g. a rotational speed request can be sent to a control unit designated for the rotary motor, which then sends the flow demand request to the control unit of the hydraulic pump driving the rotary motor, which in turn can determine the required speed which is then sent to e.g. the power source control unit.

Uppfinningen har ovan beskrivits i anknytning till en ovan- jordborrningsrigg, vilken uppbär en borrmaskin i form av en topphammarborrmaskin. Uppfinningen är dock även tillämplig för styrning av t.ex. DTH (Down-The-Hole) - bergborrningsanordningar, samt även vid underjordriggar.The invention has been described above in connection with an above-ground drilling rig, which carries a drilling machine in the form of a top hammer drilling machine. However, the invention is also applicable for controlling e.g. DTH (Down-The-Hole) - rock drilling devices, as well as underground rigs.

Vidare har uppfinningen ovan beskrivits i anknytning till en metod för styrning av en kraftkälla där varvtalet för kraft- källan styrs baserat på varvtalsbehov som erhållits med hjälp av en representation av förbrukare. I en utföringsform används åtminstone en sensor för att bestämma ett kraftbehov för åt- minstone en ytterligare förbrukare, varvid kraftkällan styrs baserat på både representationen av åtminstone en förbrukare och signaler från åtminstone en sensor för bestämning av kraftbehovet för åtminstone en ytterligare förbrukare.Furthermore, the invention has been described above in connection with a method for controlling a power source where the speed of the power source is controlled based on speed requirements obtained by means of a representation of consumers. In one embodiment, at least one sensor is used to determine a power requirement for at least one additional consumer, the power source being controlled based on both the representation of at least one consumer and signals from at least one sensor for determining the power requirement for at least one additional consumer.

Claims

10 15 20 25 30 535 475 21 Patent claims

A method of controlling a power source (9) at a rock drilling device, said power source (9) being arranged to drive at least a first load (8, 10, 15) arranged at the rock drilling device, said first load (8, 10, 15), in operation, delivers power to a first consumer (11, 21), and wherein the force emitted by said first load (8, 10, 15) depends on the speed of the power source (9), the method comprising : - by means of a representation (31) of said first consumer (ll, 21) determine a power requirement for said first consumer (11, 21), - based on said determined power requirement, determine a speed requirement for said first load (8, 10, 15), and - controlling the speed of said power source (9) at least based on said determined speed requirement for said first load (8, 10, 15).

Method according to claim 1, wherein said power source (9) is arranged for driving at least one second load (8, 10, 15) arranged at the rock drilling device, said second load (8, 10, 15), in operation, delivers power to a second consumer (11, 21), and wherein the power emitted by said second load (8, 10, 15) depends on the speed of the power source (9), the method further comprising: - determining a power requirement for said second consumer (ll, 21), - based on said second power requirement, determining a speed requirement for said second load (8, 10, 15), and - controlling the speed of the power source (9) based on the first and second loads (8, 10, 15) speed requirements. 10 15 20 25 30 535 475 22

A method according to claim 2, wherein said second power requirement for said second consumer (11, 21) is determined by means of a representation (31) of said second consumer (11, 21).

A method according to claim 2 or 3, wherein the method further comprises setting the speed of the power source (9) to the highest of the speed requirements determined for said first and second loads (8, 10, 15).

A method according to any one of claims 2-4, wherein the speed of the power source (9) can be set to a plurality of fixed speeds, the method further comprising setting the speed of the power source (9) to the fixed speed which is closest to the highest of the speed requirements determined for said first and second loads (8, 10, 15).

A method according to any one of claims 2-4, wherein the speed of the power source (9) can be set to a plurality of fixed speeds, the method further comprising setting the speed of the power source (9) to a fixed speed which is a maximum of 10% above or below the highest of the speed requirements determined for said first and second loads (8, 10, 15).

A method according to any one of the preceding claims, wherein said power source (9) is an internal combustion engine, wherein the speed of the internal combustion engine is set to the idle speed when said determined speed requirement is less than the idle speed of the internal combustion engine.

A method according to any one of the preceding claims, wherein the method further comprises communicating said determined power requirements of said first consumer (11, 21) from control means for said first consumers (11, 21) to control means. for said first load (8, 10, 15).

A method according to any one of the preceding claims, wherein said first consumer (II, 21) is used in any of the rock drilling processes stroke and rotation.

A method according to any one of the preceding claims, wherein, in determining a speed requirement for a load (8, 10, 15) based on a certain power requirement, a certain relationship between the power source (9) speed and that of said load (8, 10, 15) releasable force is used.

11. ll. Method according to any one of the preceding claims, wherein said method is performed automatically by a control system arranged at said rock drilling device.

A system for controlling a power source (9) at a rock drilling device, said power source (9) being arranged to drive at least a first load (8, 10, 15) arranged at the rock drilling device, said first load (8, 10, 15), in operation, is arranged to deliver power to a first consumer (11, 21), and wherein the force emitted by said first load (8, 10, 15) depends on the speed of the power source (9), known - characterized in that the system comprises: - determining means for determining a power requirement for said first consumer (11, 21) by means of a representation (31) of said first consumer (11, 21), - determining means for determining a speed requirement for said first consumer (11, 21). first load (8, 10, 15) based on said determined power requirement, and control means for controlling the speed of said power source (9) at least based on said determined speed requirement for said first load (8, 10, 15).

System according to claim 12, characterized in that said power source (9) is arranged for driving at least one second load (8, 10, 15) arranged at the rock drilling device, said second load (8, 10, 15), in operation, is arranged to deliver power to a second consumer (11, 21), and wherein the power emitted by said second load (8, 10, 15) depends on the speed of the power source (9), the system further comprising: - determining means for determining of a power requirement for said second consumer (11, 21), - determining means determining a speed requirement for said second load (8, 10, 15) based on said determined power requirement, and - control means for controlling the speed of the power source (9) based on first and the speed requirements of the second load (8, 10, 15).

System according to claim 12 or 13, characterized in that said representation (31) of said first and / or second consumers (11, 21) consists of a software representation of said first consumer (11, 21).

System according to one of Claims 12 to 14, characterized in that a shaft included in said first load (B, 10, 15) is arranged to be driven by a shaft extending at said power source (9) in such a way that the load ( 8, 10, 15) speed is linearly dependent on the speed of the power source (9).

System according to any one of claims 12-15, characterized in that said first and / or second load (8, 10, 15) consists of a hydraulic pump, and said first and / or second consumer (11, 21 ) power requirement consists of a hydraulic flow requirement.

System according to any one of claims 12-16, characterized in that said control means consists of a control unit (18) or a dedicated computer program code in a control unit (18).

System according to claim 12, characterized in that the system further comprises means for reducing the power supplied to a consumer (11, 21) when the load (8, 10, 15) associated with said consumer (11, 21) is driven at a higher speeds than the specified speed requirements.

Rock drilling device, characterized in that it comprises a system according to any one of claims 12-18.